CN104265582A - 一种采用楔环连接的结构及含有其的风电机组塔筒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用楔环连接的结构及含有其的风电机组塔筒，其中采用楔环连接的结构包括内法兰盘、外法兰盘、楔带和楔带定位堵头，所述内法兰盘的外表面和外法兰盘的内表面对应设有两条以上凹槽，当内、外法兰盘插接后，在两法兰盘交汇面上并列形成两条以上的矩形楔槽；在所述内法兰盘或外法兰盘上开有楔带插口，楔带从楔带插口插入矩形楔槽并与矩形楔槽形成过盈配合，楔带定位堵头安装在楔带插口处。上述结构适用于各种规格的筒形及管形结构的连接，可同时满足承载压力强、承载负荷大、外表面平整、光滑、气动外形好、连接可靠性高、安装操作简单的要求。另外，上述内、外法兰盘可替换为用于配合连接的内、外筒体或内、外管体。

Description

一种采用楔环连接的结构及含有其的风电机组塔筒

技术领域

本发明涉及筒形或管形结构连接领域，具体地，涉及一种采用楔环连接的结构及含有其的风电机组塔筒。

背景技术

目前筒形或管形结构广泛的用于民用及军用产品，如输油、输气管道的连接、导弹各舱段的连接、风电机组塔筒的连接以及风电机组的组合式风轮叶片的连接等等。这些连接需要有承载压力强、承载负荷大、外表面平整、光滑、气动外形好、连接可靠性高、操作简单等要求，但目前筒形或管形连接的主要方式如螺接式法兰盘方式、用管螺纹直接连接方式、螺接式接头方式、粘接方式、焊接等方式均不能同时满足这些要求。

中国实用新型专利CN202301300U《一种新型楔环连接结构》，采用了在两连接的筒体上直接加工楔槽(单槽型)并采用八只径向螺钉将两筒体筒壁拉紧以防楔带从楔槽侧壁中滑出。这种结构仅适用于小直径的薄壁筒形结构，但其技术可扩展性较差，八个螺钉孔虽有利于两筒体的径向紧固性，但降低了筒体的结构强度，而且对楔环连接光滑的气动外形和密封性优势是一种极大的损伤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用楔环连接的结构，使其适用于各种规格的筒形及管形结构的连接，可同时满足承载压力强、承载负荷大、外表面平整、光滑、气动外形好、连接可靠性高、安装操作简单的要求。

本发明的另一个目的在于提供一种风电机组塔筒，使其承载压力强、承载负荷大、外表面平整、光滑、气动外形好、连接可靠性高、安装操作简单。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种采用楔环连接的结构，包括内法兰盘、外法兰盘、楔带和楔带定位堵头，所述内法兰盘的外表面和外法兰盘的内表面对应设有两条以上的凹槽，当内、外法兰盘插接后，在两法兰盘交汇面上并列形成两条以上的矩形楔槽；在所述内法兰盘或外法兰盘上开有楔带插口，楔带从楔带插口插入矩形楔槽并与矩形楔槽形成过盈配合，楔带定位堵头安装在楔带插口处。

进一步地，所述每条矩形楔槽对应一个或多个楔带插口，具有一个楔带插口的称为整环整槽式结构，具有多个楔带插口的称为整环楔槽分段式结构。

进一步地，所述整环楔槽分段式结构，其楔槽应分为四段以上的偶数段。

进一步地，对于所述整环整槽式结构，其中多条矩形楔槽中的楔带插口沿圆周均匀分布。

进一步地，所述楔带由两块形状及尺寸相同的直角三角形条带组成，所述楔带定位堵头用螺钉或螺栓与内法兰盘或外法兰盘固定。

进一步地，所述内、外法兰盘插接后，在两者配合的径向端面上还设有凹凸配合的插槽结构。

进一步地，所述凹凸插槽结构内设有密封圈。

进一步地，所述内、外法兰盘替换为用于配合连接的内、外筒体或内、外管体。

一种风电机组塔筒，包括多段塔筒，相邻塔筒之间采用上述的结构连接。

由于采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果:

1、本发明采用楔环连接的结构，主要用于连接两个筒形或管形结构，尤其是采用了多条矩形楔槽的多槽技术，该技术可使两筒(管)体的对接长度加长，即楔槽间距可依设计需要确定，楔槽一般设置在法兰的头部、中部和根部，这就大大地提高了筒体的抗扭能力，不但克服了单槽连接在轴向连接稳固性相对较差的缺陷，通过多槽相互配合，使楔带与楔槽连接及受力更合理，提高了楔环连接的可靠性，增强了其连接的筒形或管形结构的刚度及抗扭能力；也克服了单槽加径向螺钉配合连接结构存在的缺陷，具有结构紧凑性好、强度高、承载压力强、承载负荷大、外表面平整、光滑、气动外形好、装卸简便、后期维护工作量小、维护费用低的优点。

2、采用楔槽分段技术使原仅适用于中小直径的楔环连接方式，可应用到大型及超大型规格的筒形或管形结构组件的连接，楔槽分段的关键是使楔带长度减小从而大大提高了楔带与楔槽的预紧力。

3、通过在插接后的内、外法兰盘的配合的径向端面采用凹凸配合的插槽结构(环口插槽)，提高了楔环连接结构的径向连接性，进一步地提高了其抗扭性能，通过设置密封圈也提高了其密封性能，这一结构可适用于各种环境使用，如地下、水下、露天、空中及太空。

4、由于楔带插口可设置在内或外法兰盘上，对应地，可采用楔带内环插装式或楔带外环插装式，更扩大了本发明的应用范围，可供不同承载要求的结构组件选择。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为采用楔环连接的双槽楔型法兰盘结构原理示意图；

图2为带法兰环口插槽结构的双槽楔型法兰盘结构原理示意图；

图3为楔环结构示意图；

图4a为楔带定位堵头侧视结构示意图；

图4b为楔带定位堵头主视结构示意图；

图5a为楔带外装式整环双整槽楔型内法兰盘主视结构示意图；

图5b为楔带外装式整环双整槽楔型内法兰盘立体结构示意图；

图5c为楔带外装式整环双整槽楔型外法兰盘立体结构示意图；

图6a为楔带内装式整环双槽分段式楔型内法兰盘主视结构示意图；

图6b为楔带内装式整环双槽分段式楔型内法兰盘立体结构示意图；

图6c为楔带内装式整环双槽分段式楔型外法兰盘立体结构示意图；

图7为楔带外装式整环双整槽楔型法兰盘连接的两筒形组件连接示意图；

图8为楔带内装式整环双槽分段式楔型法兰盘连接的三段式风电机组塔筒结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点得到更好的阐述，结合具体实施例和附图对本发明作详细说明。

实施例1(多槽楔形法兰盘连接结构)

本实施例提供了一种采用楔环连接的法兰盘结构，用于两个以上的筒(管)形结构的连接。如图1、2所示，同时配合图3、4a、4b、5a、5b、5c、6a、6b、6c所示，本实施例的采用楔环连接的多槽楔形法兰盘连接结构包括内法兰盘1、外法兰盘2、楔带3(配合图3所示)和楔带定位堵头4(配合图4a、4b所示)。

内法兰盘1的外表面和外法兰盘2的内表面对应设有两条以上的凹槽，当内、外法兰盘插接后，在两法兰盘交汇面上并列形成两条以上的横截面为矩形的矩形楔槽5，本实施例以双槽为例进行说明。在法兰盘上设置有楔带插口，楔带插口6可在外法兰盘上(配合图5c)也可在内法兰盘上(配合图6a、6b)，视需要而定。楔带3从楔带插口6插入矩形楔槽5并与矩形楔槽5形成过盈配合，楔环连接原理是依靠楔带3装入矩形楔槽5时产生的巨大张力将两法兰盘连接起来，优选地，楔带3由两块形状及尺寸相同的直角三角形条带3a、3b组成(配合图3所示)。楔带定位堵头4安装在楔带插口6处，可用螺钉或螺栓与内法兰盘1或外法兰盘2固定，楔带定位堵头4是楔带3的定位装置防止其窜出。

多槽楔型法兰盘的装接形式可分为楔带外法兰装接式(楔带外装式，配合图5a、5b、5c)和楔带内法兰装接式(楔带内装式，配合图6a、6b、6c)。楔带外装式即楔带插口6设置在外法兰盘2上(配合图5c),楔带在法兰盘结构的外部进行插装。楔带内装式即楔带插口6设置在内法兰盘1上(配合图6a、6b)，楔带在法兰盘结构的内部进行插装。楔带外装式适用于各种规格的筒形或管形组件结构的连接。楔带内装式适用于大型及超大型规格的筒形或管形组件结构的连接。

依据筒(管)形规格的大、小，多槽楔型法兰盘的矩形楔槽可分为整环整槽式结构(配合图5a、5b、5c)和整环楔槽分段式结构(配合图6a、6b、6c)。一条矩形楔槽5可对应一个或多个楔带插口6，有一个楔带插口6时为整环整槽式结构，有多个楔带插口6时为整环楔槽分段式结构。其中，整环整槽式结构适用于中、小规格的筒形或管形结构组件，整环楔槽分段式结构适用于大型或超大型规格的筒形或管形结构组件。

整环整槽式结构的楔带插口，依据矩形楔槽数量(条数)在法兰盘的圆周上应均匀分布(或称等角度分布)，对于含有两条矩形楔槽的结构，楔带插口6应180°反向分布(配合图5c)。整环整槽式结构的楔带插口、楔带定位堵头和楔带数量依矩形楔槽数量配置。

整环楔槽分段式结构，优选将法兰盘上的各矩形楔槽分为四段以上的偶数段。整环楔槽分段式结构的楔带插口、楔带定位堵头和楔带数量依矩形楔槽数量和楔槽分段数量设置。

如图2所示，内、外法兰盘1、2插接后，在两者配合的径向端面上还可设有凹凸配合的插槽结构7。如，可在外法兰盘2的内侧径向面下端设有一圈凹槽，对应地，在内法兰盘1的内侧径向面上端设有一圈凸台；在外法兰盘2的外侧径向面下端设有一圈凸台，对应地，在内法兰盘1的外侧径向面上端设有一圈凹槽；其中，凹槽和凸台的位置可以替换。通过上述结构的设置，可以保证筒形或管形结构的径向连接性。另外，如有密封性要求时可增加凹槽深度用以安装密封圈8。

下面具体介绍一下，采用上述多槽楔形法兰盘连接结构来连接两个筒形组件的情况。

图7示意性的给出了一种利用楔带外法兰装接式的整环双整槽楔型法兰盘将两筒形组件连接起来的实例。这一结构包括筒体A、筒体B、两个楔带3(每个楔带由两个直角三角形条带3a、3b组成)和两个楔带定位堵头4。从图7可知两个楔带插口被设计在筒体B的前、后面上。通过图7的局部剖面图可知两个楔带3被插装在两个矩形楔槽5中，每一矩形楔槽5中的直角三角形条带3a、3b被一反一正的插在其中，楔带定位堵头4被固定在楔带插口处。

下面以楔带外装式整环双整槽楔型法兰盘为例，来介绍一下整环整槽式多槽楔型法兰盘安装方法，配合图7所示：

1)将整环整槽式多槽楔型外法兰盘2与筒形壳体连接(其连接方式这里不做限定)，形成筒体A组件；

2)将整环整槽式多槽楔型内法兰盘1与筒形壳体连接(其连接方式这里不做限定)形成筒体B组件；

注：法兰盘与筒体连接方式可依据其材料及载荷状态采用不同的连接方式，如螺接、铆接、焊接、粘接等。

3)将筒体A组件法兰盘与筒体B组件法兰盘插接；

4)将第一个楔带3的一条直角三角形条带3a自尖部从外法兰盘2的第1条楔带插口的左侧插入；

5)将第一个楔带3的另一条直角三角形条带3b自尖部从外法兰盘2的第1条楔带插口的右侧插入；

6)将楔带定位堵头4安装在第1条楔带插口；

7)将第二个楔带3按以上方式插入到第二个矩形楔槽5中，并将楔带定位堵头4安装在第2条楔带插口即可。

图8示意性的给出了一种楔带内法兰装接式的整环多槽分段式楔型法兰盘连接的三组合式风电机组塔筒实例。该实例为整环双槽分段式楔型法兰盘。

该塔筒由基础环a、第一组合段b、第二组合段c和第三组合段d以及楔带和多个楔带定位堵头组成。除第三组合段d的上端面使用螺接式法兰盘与偏航轴承对接，其余各对接端面均使用整环双槽分段式楔型法兰盘100连接。整环双槽分段式楔形外法兰盘结构见图6c，整环双槽分段式楔形内法兰盘结构见图6a、6b。

塔筒各组合段与内、外整环双槽分段式楔型法兰盘采用焊接方式连接。

各对接端面法兰盘使用情况：基础环a为整环双槽分段式楔型外法兰盘；第一组合段b下端面使用整环双槽分段式楔型内法兰盘，第一组合段b上端面使用整环双槽分段式楔型外法兰盘；第二组合段c下端面使用整环双槽分段式楔型内法兰盘，第二组合段c上端面使用整环双槽分段式楔型外法兰盘；第三组合段d下端面使用整环双槽分段式楔型内法兰盘。

上述楔带内法兰装接式的整环双槽分段式楔型法兰盘连接的三组合式风电机组塔筒组装步骤如下：

1)将第一组合段b下端面的内法兰盘插入到基础环a的外法兰盘中；

2)安装基础环a与第一组合段b的法兰组件的第一条楔槽的四个楔带；

3)将第一个楔带的一条直角三角形条带自尖部从内法兰盘的第一象限向第二象限的方向插入第一条楔槽的第一个四分之一楔槽中；

4)将第一个楔带的另一条直角三角形条带自尖部从内法兰盘的第二象限向第一象限的方向插入第一条楔槽的第一个四分之一楔槽中；

5)将第二个楔带的一条直角三角形条带自尖部从内法兰盘的第三象限向第四象限的方向插入第一条楔槽的第二个四分之一楔槽中；

6)将第二个楔带的另一条直角三角形条带自尖部从内法兰盘的第四象限向第三象限的方向插入第一条楔槽的第二个四分之一楔槽中；

7)将第三个楔带的一条直角三角形条带自尖部从内法兰盘的第一象限向第四象限的方向插入第一条楔槽的第三个四分之一楔槽中；

8)将第三个楔带的另一条直角三角形条带自尖部从内法兰盘的第四象限向第一象限的方向插入第一条楔槽的第三个四分之一楔槽中；

9)将第四个楔带的一条直角三角形条带自尖部从内法兰盘的第二象限向第三象限的方向插入第一条楔槽的第四个四分之一楔槽中；

10)将第四个楔带的另一条直角三角形条带自尖部从内法兰盘的第三象限向第二象限的方向插入第一条楔槽的第四个四分之一楔槽中；

11)将四个楔带定位堵头安装在第一条楔槽的四个楔带插口处；

12)按工步3到工步11的方法完成基础环a与第一组合段b的法兰组件的第二条楔槽的四个楔带和四个楔带定位堵头的安装。

13)将第二组合段c下端面的内法兰盘插入到第一组合段b上端面的外法兰盘中；

14)按工步3到工步12的方式完成八个楔带及八个楔带定位堵头的安装；

15)将第三组合段d的下端面内法兰盘插入到第二组合段c上端面的外法兰盘中；

16)按工步3到工步12的方式完成八个楔带及八个楔带定位堵头的安装。

实施例2(直接在筒形或管形结构上加工楔槽的连接结构)

实施例1的楔环连接结构是采用法兰盘结构，法兰盘结构可以连接两个筒形或管形结构，而本实施例与实施例1的不同之处在于，上述楔环连接结构中的矩形楔槽可直接加工在待连接的两个筒形或管形结构上，对应地，楔带插口也直接加工在筒形或管形结构上。其它结构也以此类推，即以用于配合连接的内、外筒体或内、外管体替换上述的内、外法兰盘。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的两个实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照上述实例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，依然可以对上述实例所给出的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种采用楔环连接的结构，其特征在于，包括内法兰盘、外法兰盘、楔带和楔带定位堵头，所述内法兰盘的外表面和外法兰盘的内表面对应设有两条以上的凹槽，当内、外法兰盘插接后，在两法兰盘交汇面上并列形成两条以上的矩形楔槽；在所述内法兰盘或外法兰盘上开有楔带插口，楔带从楔带插口插入矩形楔槽并与矩形楔槽形成过盈配合，楔带定位堵头安装在楔带插口处。

2.根据权利要求1所述的采用楔环连接的结构，其特征在于，所述每条矩形楔槽对应一个或多个楔带插口，一个楔带插口的为整环整槽式结构，多个楔带插口的为整环楔槽分段式结构。

3.根据权利要求2所述的采用楔环连接的结构，其特征在于，所述整环楔槽分段式结构的楔槽应分为四段以上的偶数段。

4.根据权利要求2所述的采用楔环连接的结构，其特征在于，对于所述整环整槽式结构，其中多条矩形楔槽中的楔带插口沿圆周均匀分布。

5.根据权利要求1所述的采用楔环连接的结构，其特征在于，所述楔带由两块形状及尺寸相同的直角三角形条带组成，所述楔带定位堵头用螺钉或螺栓与内法兰盘或外法兰盘固定。

6.根据权利要求1所述的采用楔环连接的结构，其特征在于，所述内、外法兰盘插接后，在两者配合的径向端面上还设有凹凸配合的插槽结构。

7.根据权利要求6所述的采用楔环连接的结构，其特征在于，所述插槽结构内设有密封圈。

8.根据权利要求1-7任一项所述的采用楔环连接的结构，其特征在于，所述内、外法兰盘替换为用于配合连接的内、外筒体或内、外管体。

9.一种风电机组塔筒，其特征在于，包括多段塔筒，相邻塔筒之间采用权利要求1-7任一项所述的结构连接。